The work demonstrates the possibilities of this type of study in the field of organizing the research activities of students on the example of a laboratory workshop on the mechanics of liquid and gas. In addition, the obtained by the students in the course of the usual laboratory work, result expands the general understanding of modeling the processes of thermal expansion of incompressible matter.
laboratory practice, thermal expansion, competencies, student research work
Согласно приказу Министерства труда и социальной защиты РФ от 12 апреля 2013 г. № 148н [1] выпускники вузов по программам бакалавриата должны соответствовать шестому уровню квалификации. Поэтому студентам при защите итоговой квалификационной работы требуется показать следующие умения: «разработка, внедрение, контроль, оценка и корректировка направлений профессиональной деятельности, технологических или методических решений». Все это невозможно без опыта научно-исследовательской работы [2-7]. В свою очередь, этот опыт напрямую зависит от времени занятия научно-исследовательской деятельностью. Поэтому привлечение студентов к научным исследованиям является одной из важнейших задач высшей школы. Однако, привлечение студентов младших курсов к научной работе затруднено отсутствием у них опыта с одной стороны и отсутствием свободного времени – с другой, поскольку учебный процесс на этих курсах является основной задачей. При этом лабораторный практикум на дисциплинах естественнонаучного и общетехнического блока оснащен аппаратурой и может стать базой для первых шагов в научных исследованиях.
В данной статье на примере результатов лабораторной работы по определению теплового коэффициента расширения воды продемонстрированы возможности лабораторного практикума в организации научно-исследовательской деятельности студентов.
Установка для проведения эксперимента крайне проста и состоит из колбы с водой, шкалы для измерения высоты уровня воды, термометра и электрической плитки для нагревания воды (рис. 1) [8]. В лабораторной работе при непрерывном нагревании измеряется увеличение высоты столба воды в узкой части колбы. Коэффициент теплового расширения рассчитывался по формуле:
,
где d – диаметр верхней части колбы, D – диаметр дна колбы, h0 – высота колбы без измерительной части. От студентов требовалось максимально внимательно следить за подъемом уровня воды в узкой части колбы и своевременно фиксировать значение температуры t.
С помощью расчетов была получена нелинейная зависимость коэффициента расширения воды от температуры (рис. 2). Эти результаты полностью соответствуют известным табличным данным [8-10] по коэффициенту теплового расширения и свидетельствуют о том, что в процессе нагревания вода перехо-
|
|
|
Рисунок 1 – Установка для изучения теплового расширения жидкости [6]
|
|
|
|
Рисунок 2 – Зависимость коэффициента расширения воды от температуры |
дит в новое состояние, характеризуемое более высоким коэффициентом теплового расширения. Причем время релаксации конечно, а переход требует для своей реализации определенного количества тепловой энергии, то есть носит пороговый характер.
Таким образом, на лабораторном практикуме выявляется релаксационная природа процесса нагревания сплошной среды. Кроме того, данный пример показывает, что оборудование учебных лабораторий может быть использовано для получения студентами навыков научно-исследовательской работы, а также целесообразности проведения кружковой работы со студентами младших курсов непосредственно на лабораторном практикуме.
1. Prikaz Ministerstva truda i social'noy zaschity RF №148 ot 12 aprelya 2013 g. «Ob utverzhdenii urovney kvalifikacii v celyah razrabotki proektov professional'nyh standartov» [Elektronnyy resurs]. - URL : https://rosmintrud.ru/docs/mintrud/orders/48.
2. Berezhnaya, I. F. Vzaimodeystvie prepodavateley i studentov v processe proektirovaniya individual'noy traektorii professional'nogo razvitiya / I. F. Berezhnaya // Vestnik VGU. Seriya Problemy vysshego obrazovaniya. - 2012. - №1. - S. 30-34.
3. Gladun, A. D. Fizika v tehnologicheskom obschestve / A. D. Gladun // Fizicheskoe obrazovanie v vuzah. - 2001. - T. 7. - № 3. - S. 5-22.
4. Fizicheskoe modelirovanie pri izuchenii osnov sovremennyh tehnologiy / V. I. Lisicyn, N. N. Matveev, N. S. Kamalova, N. Yu. Evsikova // Fizika v sisteme vysshego i srednego obrazovaniya Rossii : tezisy dokladov Mezhdunarodnoy shkoly-seminara / [pod red. G. G. Spirina]. - M. : OOO "APR", 2017. - S. 93-95.
5. Kompleksnyy podhod k prepodavaniyu kursa obschey fiziki pri pod-gotovke bakalavrov inzhenernyh special'nostey / O. Ya. Berezina, L. S. Vagner, N. Yu. Ershova, E. L. Kazakova, E. V. Moshkina, O. V. Sergeeva // Fizicheskoe obrazovanie v vuzah. - 2012. - T. 18. - №1. - S. 44-55.
6. Chuprova, L. V. Nauchno-issledovatel'skaya rabota studentov v obrazovatel'nom processe vuza / L. V. Chuprova. - Tekst : neposredstvennyy // Teoriya i praktika obrazovaniya v sovremennom mire : materialy I Mezhdunar. nauch. konf. (g. Sankt-Peterburg, fevral' 2012 g.). - T. 2. - Sankt-Peterburg : Renome, 2012. - S. 380-383. - URL : https://moluch.ru/conf/ped/archive/21/1914/.
7. Mamet'eva, O. S. Nauchno-issledovatel'skaya rabota studentov vuza : rezul'tativnost' i problemy organizacii / O. S. Mamet'eva, N. G. Suprun, D. A. Halikova // Sovremennye problemy nauki i obrazovaniya. - 2018. - № 1. URL : http://www.science-education.ru/ru/article/view?id=27362.
8. Mehanika zhidkosti i gaza : laboratornyy praktikum / N. S. Kamalova, N. Yu. Evsikova, V. I. Lisicyn, V. V. Saushkin ; M-vo obrazovaniya i nauki RF, FGBOU VO «VGLTU». - Voronezh, 2018. - 67 s.
9. Girgidov, A. D. Mehanika zhidkosti i gaza (gidravlika) : Uchebnik / A. D. Girgidov. - Moskva : NIC INFRA-M, 2014. - 704 s. : Tekst : elektronnyy. - URL : https://znanium.com/catalog/product/443613.
10. Vil'ner, Ya. M. Spravochnoe posobie po gidravlike, gidromashinam i gidroprivodam / Ya. M. Vil'ner, Ya. T. Kovalev, B. B. Nekrasov ; pod red. B. B. Nekrasova. - Minsk : «Vysheysh. shkola», 1976. - 416 s.
